JP2004335522A - Semiconductor storage device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor storage device and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2004335522A
JP2004335522A JP2003125048A JP2003125048A JP2004335522A JP 2004335522 A JP2004335522 A JP 2004335522A JP 2003125048 A JP2003125048 A JP 2003125048A JP 2003125048 A JP2003125048 A JP 2003125048A JP 2004335522 A JP2004335522 A JP 2004335522A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polycrystalline silicon
film
insulating film
interlayer insulating
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003125048A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Horiba
信一 堀場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micron Memory Japan Ltd
Original Assignee
Elpida Memory Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elpida Memory Inc filed Critical Elpida Memory Inc
Priority to JP2003125048A priority Critical patent/JP2004335522A/en
Publication of JP2004335522A publication Critical patent/JP2004335522A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which a semiconductor storage device, in which the contacts on a peripheral circuit are formed of a metallic material and contacts on the source and drain of a MOS transistor constituting a memory cell are made of polycrystalline silicon, can be manufactured through a smaller number of manufacturing steps. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the semiconductor storage device includes a step of forming first MIS transistors 4 in the memory cell 100 of a semiconductor substrate 1 and a second MIS transistor 7 in a peripheral circuit section 200, a step of forming a first interlayer insulating film 14, and a step of forming a bit-line contact hole 15. The method also includes a step of forming a first polycrystalline silicon film 16, a step of forming peripheral-circuit contact holes 17 and 18, and a step of forming conductive films 19 and 20. In addition, the method also includes a step of forming first polycrystalline silicon plugs and conductive plugs by removing the first polycrystalline silicon film 16 and conductive films 19 and 20 on the outside of the bit-line contact hole 15 and peripheral-circuit contact holes 17 and 18. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置及びその製造方法に関し、特に、そのメモリセルに容量素子とMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタとを含む半導体記憶装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
DRAM(Dynamic Random Access Memory)及びFRAM(Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ)は、メモリセルに容量素子とMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタとを含む典型的な半導体記憶装置である。かかる半導体記憶装置は、メモリセルが行列に配置されたメモリセル部と、そのメモリセルからデータを読み書きするための周辺回路が配置された周辺回路部とを含んでいる。
【0003】
周辺回路は高速に動作することが要求されるため、周辺回路を構成するMOSトランジスタに到達するコンタクトは、金属材料で形成されることがある。導電率が高い金属材料でコンタクトを形成することは、コンタクトの抵抗を減少させ、周辺回路の動作速度を有効に向上する。
【0004】
その一方で、メモリセルの動作の信頼性を向上するためには、メモリセルトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトは、多結晶シリコンで形成されることが好適である。メモリセルトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトを金属材料で形成することは、そのソース及びドレインの接合リークを増加させる。接合リークの増加は、メモリセルの動作の信頼性を低下させ好ましくない。接合リークを減少させるために、メモリセルトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトは、多結晶シリコンで形成されることが好適である。
【0005】
特許文献1は、周辺回路を構成するMOSトランジスタに到達するコンタクトが金属材料で形成され、メモリセルトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトが多結晶シリコンで形成された半導体記憶装置の製造方法を開示している。
【0006】
このような半導体記憶装置の製造方法は、製造工程の数が減少されることが望まれる。製造工程の数の減少は、半導体記憶装置の製造コストを減少させ、該半導体記憶装置の競争力を有効に向上させる。
【0007】
更に、このような半導体記憶装置の製造方法は、メモリセルトランジスタのソース及びドレインに到達する2つのコンタクトが、ショートすることなく確実に形成可能であることが望まれる。近年の半導体記憶装置の高集積化は、これらの2つのコンタクトの間隔の縮小を要求している。コンタクトの間隔の縮小は、それらのコンタクトの間のショートを発生させやすくする。例えば、フォトリソグラフィーの不具合は、コンタクトの間のショートを発生させる。メモリセルトランジスタののソース及びドレインに到達する2つのコンタクトのショートは、回避されることが望まれる。
【0008】
更に、このような半導体記憶装置の製造方法は、メモリセルキャパシタとメモリセルトランジスタのソース/ドレインとを接続するコンタクト(ストレージコンタクト)の抵抗が小さいことが望まれる。ストレージコンタクトの抵抗が大きいことは、半導体記憶装置のアクセス速度を低下させ好ましくない。
【0009】
【特許文献1】
特開平11−68062号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、周辺回路に到達するコンタクトが金属材料で形成され、メモリセルを構成するMOSトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトが多結晶シリコンで形成された半導体記憶装置を、より少ない製造工程で製造する技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、周辺回路に到達するコンタクトが金属材料で形成され、メモリセルを構成するMOSトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトが多結晶シリコンで形成された半導体記憶装置の、メモリセルを構成するMOSトランジスタのソース及びドレインに到達する2つのコンタクトを形成するためのフォトレジスト工程を容易化する技術を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、周辺回路に到達するコンタクトが金属材料で形成され、メモリセルを構成するMOSトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトが多結晶シリコンで形成された半導体記憶装置の、メモリセルキャパシタとMOSトランジスタのソース/ドレインとを接続するストレージコンタクトの抵抗を小さくする技術を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
以下に、[発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0012】
一の側面において、本発明による半導体記憶装置製造方法は、
(a)半導体基板(1)のメモリセルアレイ部(100)に第1MISトランジスタ(3、4、11、12)を形成し、周辺回路部(200)に第2MISトランジスタ(6、7、13)を形成する工程と、
(b)前記第1MISトランジスタ(3、4、11、12)と前記第2MISトランジスタ(6、7、13)とを被覆する第1層間絶縁膜(14)を形成する工程と、
(c)前記第1層間絶縁膜(14)を貫通し、前記第1MISトランジスタ(3、4、11、12)の一のソース/ドレイン(11)に到達するビット線コンタクト孔(15)を形成する工程と、
(d)前記第1層間絶縁膜(14)を被覆し、且つ、前記ビット線コンタクト(15)を埋め込むように、第1多結晶シリコン膜(16)を形成する工程と、
(e)前記第1層間絶縁膜(14)と前記第1多結晶シリコン膜(16)とを貫通し、前記第2MISトランジスタ(6、7、13)に到達する周辺回路コンタクト孔(17、18)を形成する工程と、
(f)前記第1多結晶シリコン膜(16)を被覆し、金属膜(20)を含み、且つ、前記周辺回路コンタクト孔(17、18)を埋め込む導電膜(19、20)を形成する工程と、
(g)前記第1多結晶シリコン膜(16)の前記ビット線コンタクト(15)の外にある部分と、前記導電膜(19、20)の前記周辺回路コンタクト孔(18)の外にある部分とを除去して、前記ビット線コンタクト孔(15)を埋め込む第1多結晶シリコンプラグ(21)と前記周辺回路コンタクト孔(17、18)を埋め込む導電プラグ(22、23)とを形成する工程と、
(h)前記第1多結晶シリコンプラグ(21)に接続するビット線(24)を形成する工程と、
(i)前記導電プラグ(22、23)に接続する配線(25)を形成する工程とを備えている。第1多結晶シリコンプラグ(21)と導電プラグ(22、23)との形成を同時的に行う当該半導体記憶装置製造方法は、製造工程の数を有効に削減する。
【0013】
当該半導体記憶装置製造方法において、前記第1多結晶シリコン膜(16)の前記ビット線コンタクト(15)の外にある部分と、前記導電膜(19、20)の前記周辺回路コンタクト孔(17、18)の外にある部分との除去、(即ち、第1多結晶シリコンプラグ(21)と導電プラグ(23)との形成)は、典型的には、CMP(Chemical Mechanical Polishing)技術を使用して行われる。
【0014】
前記導電膜(19、20)は、前記金属膜(20)と前記第1多結晶シリコン膜(16)との間に介設され、前記金属膜(20)と前記第1多結晶シリコン膜(16)との反応を防ぐバリアメタル膜(19)を更に含むことが好適である。金属膜(20)がタングステンで形成される場合、バリアメタル膜(19)は、好適には、チタン膜と窒化チタン膜とを含む積層膜が使用される。
【0015】
当該半導体記憶装置製造方法は、更に、
(j)前記第1層間絶縁膜(14)と前記ビット線(24)と前記配線(25)とを被覆する第2層間絶縁膜(30)を形成する工程と、
(k)前記第1層間絶縁膜(14)と前記第2層間絶縁膜(30)とを貫通し、且つ、前記MISトランジスタ(3、4、11、12)の他のソース/ドレイン(12)に到達する第2多結晶シリコンプラグ(32)を形成する工程と、
(l)前記第2多結晶シリコンプラグ(32)に接続され、データを保持するための容量素子(33、並びに図示されないキャパシタ絶縁膜及びキャパシタ上部電極)を形成する工程
とを備えていることが好適である。かかる半導体記憶装置製造方法は、一の多結晶シリコンプラグ(32)によってストレージコンタクトを構成することを可能にする。更に、当該半導体記憶装置製造方法では、第1多結晶シリコンプラグ(21)で埋められるビット線コンタクト孔(15)と、第2多結晶シリコンプラグ(32)で埋められるコンタクト孔(31)とが別々に形成される。これは、これらのコンタクト孔(15、31)を形成するためのフォトリソグラフィーのマージンの確保を容易化する。ストレージコンタクトの抵抗を有効に減少する。
【0016】
前記第2多結晶シリコンプラグ(32)は、その上部に凹部を有するように形成され、前記容量素子の一の電極(33)は、前記凹部で前記第2多結晶シリコンプラグに接合されることが好適である。このような構造は、第2多結晶シリコンプラグ(32)と該一の電極(33)との接触面積を増大し、ストレージコンタクトの抵抗を有効に減少する。
【0017】
他の観点において、本発明による半導体記憶装置は、半導体基板(1)と、前記半導体基板(1)のメモリセルアレイ部(100)に形成された第1MISトランジスタ(3、4、11、12)と、前記半導体基板(1)の周辺回路部(200)に形成された第2MISトランジスタ(6、7、13)と、前記第1MISトランジスタ(3、4、11、12)及び前記第2MISトランジスタ(6、7、13)を被覆する第1層間絶縁膜(14)と、前記第1層間絶縁膜(14)を貫通し、前記第1MISトランジスタ(3、4、11、12)の一のソース/ドレイン(11)に到達する第1多結晶シリコンプラグ(21)と、前記第1多結晶シリコンプラグ(21)に接続されたビット線(24)と、前記第1層間絶縁膜(14)を貫通し、前記第2MISトランジスタ(6、7、13)に到達する導電プラグ(22、23)と、前記導電プラグ(22、23)は、金属で形成された金属部(22b、23b)を含み、前記導電プラグ(22、23)に接続する配線(25)と、前記第1層間絶縁膜(14)と前記ビット線(24)と前記配線(25)とを被覆する第2層間絶縁膜(30)と、前記第1層間絶縁膜(14)と前記第2層間絶縁膜(30)とを貫通し、且つ、前記第1MISトランジスタ(3、4、11、12)の他のソース/ドレイン(12)に到達する第2多結晶シリコンプラグ(32)と、前記第2多結晶シリコンプラグ(32)に接続され、データを保持するための容量素子(33他)とを備えている。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の形態を説明する。
【0019】
(実施の第1形態)
図1は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す平面図であり、図2乃至図11は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。図2乃至図11には、図1のA−A’断面、B−B’断面、C−C’断面におけるメモリセル部100の構造と、周辺回路部200の構造とが示されている。
【0020】
図2に示されているように、当該製造方法は、半導体基板1の表面部に、MOSトランジスタを形成する工程で開始される。より詳細には、半導体基板1の表面部にSTI技術によって素子分離2が形成される。続いて、厚さ10nmの熱酸化膜と、厚さ10nmの多結晶シリコン膜と、厚さ10nmのタングステンシリサイド膜と、厚さ150nmのシリコン窒化膜とが順次に形成された後、その多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド膜とシリコン窒化膜とがパターニングされる。このパターニングにより、メモリセル部100にはゲート絶縁膜3とゲート電極4と窒化シリコン層5とが形成され、周辺回路部200には、ゲート絶縁膜6、ゲート電極7、窒化シリコン層8が形成される。メモリセル部100に設けられたゲート電極4は、ワード線として機能するため、以下において、ワード線4と記載されることがある。ゲート電極4は、多結晶シリコン層4aとタングステンシリサイド層4bからなり、ゲート電極7は、多結晶シリコン層7aとタングステンシリサイド層7bからなる。周辺回路部200に配置されるゲート電極7は、素子分離2の上では配線として機能し、活性領域の上では、MOSトランジスタのゲートとして機能する。続いて、シリコン窒化膜が全面に形成された後、そのシリコン窒化膜がエッチバックされる。このエッチバックにより、ゲート電極4及び窒化シリコン層5の側面にサイドウオール9が形成され、ゲート電極7及び窒化シリコン層8の側面に、サイドウオール10が形成される。更に、イオン注入技術により、メモリセル部100には拡散層11、12が半導体基板1の表面部に形成され、周辺回路部200には拡散層13が形成される。拡散層11、12は、メモリセルトランジスタのソース/ドレインとして機能する。後述されるように、拡散層11はビット線に接続され、拡散層12はメモリセルキャパシタに接続される。周辺回路部200の拡散層13は、周辺回路のMOSトランジスタのソース/ドレインその他周辺回路の素子として使用され得る。
【0021】
続いて、厚さ800nmのBPSG膜が形成された後、そのBPSG膜の表面部が約300nmだけCMP(Chemical Mechanical Polishing)技術によって除去され、平坦な層間絶縁膜14が形成される。
【0022】
続いて、図3に示されているように、層間絶縁膜14を貫通して拡散層11に到達するコンタクト孔15が、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とによって形成される。コンタクト孔15のエッチングは、窒化シリコンに対する酸化シリコンの選択比が充分に高い条件で行われる。例えば、CHFガスとCOガスを含むエッチングガスが使用される。選択比が充分に高い条件でエッチングされることにより、コンタクト孔15は、ゲート電極4の間を通過するように自己整合される(self−aligned)。
【0023】
コンタクト孔10の形成の後、図4に示されているように、層間絶縁膜14を被覆し、且つ、コンタクト孔15を埋め込むように、厚さ200nmの多結晶シリコン膜11が成長される。
【0024】
続いて、図5に示されているように、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とにより、多結晶シリコン膜16、層間絶縁膜14及び窒化シリコン層8を貫通してゲート電極7に到達するコンタクト孔17と、多結晶シリコン膜11及び層間絶縁膜14を貫通して拡散層13に到達するコンタクト孔18とが、周辺回路部200に形成される。コンタクト孔17、18の形成は、例えば、CガスとCOガスとを含むエッチングガスを用いたエッチングによって行われる。
【0025】
図6に示されているように、多結晶シリコン膜16の上面とコンタクト孔17、18の側面及び底面とを被覆するように厚さ40nmのバリアメタル膜19が形成される。バリアメタル膜19の形成の後、バリアメタル膜19を被覆し、且つ、コンタクト孔17、18を埋め込むように、厚さ200nmのタングステン膜20が形成される。バリアメタル膜19は、形成されたタングステン膜20と多結晶シリコン膜16との反応を防止する。バリアメタル膜19としては、例えば、多結晶シリコン膜16及びコンタクト孔17、18を被覆するTi膜(図示されない)と、該Ti膜を被覆するTiN膜(図示されない)とが使用され得る。この場合、タングステン膜20は、TiN膜の上に形成される。
【0026】
続いて、図7に示されているように、多結晶シリコン膜16、バリアメタル膜19、及びタングステン膜20の不要な部分(即ち、コンタクト孔15、17、及び18の外にある部分)がCMPによって除去される。このCMP工程により、メモリセル部100には、コンタクト孔15を埋め込む多結晶シリコンプラグ21が形成され、周辺回路部200には、コンタクト孔17、18をそれぞれ埋め込むタングステンプラグ22、23が形成される。タングステンプラグ22は、コンタクト孔17の内面を被覆するバリアメタル部分22aと、その上に形成されたタングステン部分22bとから構成され、タングステンプラグ23は、コンタクト孔18の内面を被覆するバリアメタル部分23aと、その上に形成されたタングステン部分23bとから構成される。
【0027】
このように、多結晶シリコンプラグ21とタングステンプラグ22、23との形成は、一のCMP工程によって行われる。これは、製造工程の数を少なくする点で好適である。
【0028】
続いて、図8に示されているように、メモリセル部100にビット線24が形成され、周辺回路部200に、周辺回路配線25が形成される。ビット線24は、多結晶シリコンプラグ21の上に形成され、周辺回路配線25は、タングステンプラグ22、23の上に形成される。
【0029】
ビット線24と周辺回路配線25との形成は、下記の工程で行われる。バリアメタル膜、タングステン膜、及び窒化シリコン膜が順次に形成された後、これらの膜がパターニングされる。このパターニングにより、ビット線24と、ビット線24を被覆する窒化シリコン層26とがメモリセル部100に形成され、周辺回路配線25と、周辺回路配線25を被覆する窒化シリコン層27とが周辺回路部200に形成される。ビット線24と周辺回路配線25とは、いずれも、プラグバリアメタル層と、バリアメタル層を被覆するタングステン層(いずれも図示されない)とから構成される。
【0030】
続いて、シリコン窒化膜が全面に形成された後、そのシリコン窒化膜がエッチバックされる。このエッチバックにより、ビット線24と窒化シリコン層26との側面を被覆するサイドウオール28と、周辺回路配線25と窒化シリコン層27の側面を被覆するサイドウオール29が形成される。
【0031】
続いて、図9に示されているように、層間絶縁膜14を被覆する層間絶縁膜30が形成された後、層間絶縁膜30と層間絶縁膜14とを貫通して拡散層12に到達するコンタクト孔31が形成される。層間絶縁膜30とコンタクト孔31との形成は、下記の工程で行われる。層間絶縁膜14とビット線24と周辺回路配線25とを被覆する厚さ600nmのBPSG膜が成長された後、そのBPSG膜がCMP技術によって300nmだけ研磨されて、平坦化された層間絶縁膜30が形成される。層間絶縁膜30の形成の後、層間絶縁膜30と層間絶縁膜14とを貫通して拡散層12に到達するコンタクト孔31が、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とによって形成される。コンタクト孔31のエッチングは、窒化シリコンに対する酸化シリコンの選択比が充分に高い条件で行われる。例えば、エッチングCHFガスとCOガスを含むエッチングガスが使用される。選択比が充分に高い条件でエッチングが行われることにより、コンタクト孔31は、ビット線25の間を通過するように、且つ、ゲート電極4(ワード線4)の間を通過するように、自己整合される(self−aligned)。
【0032】
続いて、図10に示されているように、コンタクト孔31を埋め込むように多結晶シリコン膜が形成された後、エッチバック又はCMPによって、その多結晶シリコン膜のコンタクト孔31の外にある部分が除去されて、多結晶シリコンプラグ32が形成される。
【0033】
本実施の形態の製造方法では、ビット線25に接続されるプラグ21の形成と、メモリセルキャパシタに接続されるプラグ32の形成とが別々に行われることに留意されたい。プラグ21の形成とプラグ32の形成とを別々に行うことは、コンタクト孔15とコンタクト孔31とを形成するためのフォトリソグラフィー工程を好適に容易化する。ビット線に接続されるコンタクトと、メモリセルキャパシタに接続されるコンタクトとを同時に形成するためには、それらのコンタクトの位置を規定する開口をフォトレジストに形成する必要がある。半導体記憶装置の高集積化は、これらの開口の間隔の縮小を要求し、開口の位置のマージンを減少させる。しかし、これらの開口の間隔が狭くなると、開口の位置のマージンが小さくなり、これらの開口を正しく形成することが困難になる。ビット線25に接続されるプラグ21の形成と、メモリセルキャパシタに接続されるプラグ32の形成とを別々に行う本実施の形態の製造方法は、このような問題を回避することができる。
【0034】
更に、本実施の形態の製造方法は、キャパシタ下部電極33を拡散層12に接続するストレージコンタクトを、一の多結晶シリコンプラグ32で形成可能であることに留意されたい。多くのDRAMの製造方法は、メモリセルキャパシタとメモリセルトランジスタとを接続するコンタクトを、複数のプラグで形成することを必要とする。これは、プラグの間に界面抵抗を発生させ、コンタクトの抵抗を増加させる。しかし、本実施の形態の製造方法は、キャパシタ下部電極33を拡散層12に接続するコンタクトを、一の多結晶シリコンプラグ32で形成可能であり、キャパシタ下部電極33を拡散層12に接続するコンタクト抵抗を有効に抑制可能である。
【0035】
多結晶シリコンプラグ32の形成の後、図11に示されているように、キャパシタ下部電極33が、プラグ32に接続されるように形成される。キャパシタ下部電極33の形成は、下記のように行われる。層間絶縁膜30を被覆する厚さ2μmの層間絶縁膜34が形成された後、層間絶縁膜34を貫通して多結晶シリコンプラグ32に到達するスルーホール35が形成される。続いて、層間絶縁膜34の上面及びスルーホール35の側面及び底面をコンフォーマルに被覆する多結晶シリコン膜が形成された後、その多結晶シリコン膜のスルーホール35の外にある部分がフォトリソグラフィー技術とエッチバック技術によって除去され、スルーホール35の側面及び底面を被覆するキャパシタ下部電極33が形成される。
【0036】
キャパシタ下部電極33の形成の後、周知の工程によりキャパシタ絶縁膜及びキャパシタ上部電極(いずれも図示されない)が形成され、メモリセルキャパシタの形成が完了する。
【0037】
以上に説明されているように、実施の第1形態では、多結晶シリコンプラグ21と導電プラグ23とが同時的に形成され、これにより、製造工程の数が有効に削減される。
【0038】
更に、本実施の形態では、キャパシタ下部電極33を拡散層12に接続するストレージコンタクトが、一の多結晶シリコンプラグ32で形成され、ストレージコンタクトの抵抗が有効に減少される。
【0039】
更に、本実施の形態では、ビット線25に接続されるプラグ21の形成と、メモリセルキャパシタに接続されるプラグ32の形成とが別々に行われ、コンタクト孔15とコンタクト孔31とを形成するためのフォトリソグラフィー工程が容易化される。
【0040】
(実施の第2形態)
実施の第2形態では、メモリセルキャパシタとメモリセルトランジスタとを接続するコンタクトの形成の方法が変更される。実施の第1形態と同一の工程によって、コンタクト孔31が形成された後(図9参照)、図12に示されているように、層間絶縁膜30の上面とコンタクト孔31の内面とを被覆する厚さ30nmの多結晶シリコン膜41が形成される。多結晶シリコン膜41は、コンタクト孔31のうち、ゲート電極4の間の空間を完全に埋め込む一方、コンタクト孔31の全体は埋め込まない。多結晶シリコン膜41は、コンタクト孔31の上部に、空間41aが設けられるように形成される。
【0041】
多結晶シリコン膜41の形成の後、図13に示されているように、多結晶シリコン膜41を被覆する、厚さ50nmの絶縁膜42が酸化シリコンで形成される。
【0042】
続いて図14に示されているように、CMPにより、多結晶シリコン膜41及び絶縁膜42のうち、コンタクト孔31の外にある部分が除去されて、多結晶シリコンプラグ43が形成される。このような工程により、多結晶シリコンプラグ43は、その上部に凹部を有するように形成される。その凹部の内部は、絶縁膜42の残存部42aによって埋められている。
【0043】
多結晶シリコンプラグ43の形成の後、図15に示されているように、キャパシタ下部電極44が多結晶シリコンプラグ43に接続するように形成される。キャパシタ下部電極44の形成は、下記の工程で行われる。まず、層間絶縁膜30及び多結晶シリコンプラグ43が、酸化シリコンで形成された厚さ2μmの層間絶縁膜45で被覆される。層間絶縁膜45の形成の後、層間絶縁膜45を貫通して多結晶シリコンプラグ43に到達するスルーホール46が形成される。スルーホール46の形成のとき、多結晶シリコンプラグ43の凹部に残存する絶縁膜42の残存部42aは除去される。スルーホール46は、窒化シリコンがエッチングされにくく、且つ、酸化シリコンがエッチングされやすい条件で層間絶縁膜45のエッチングを行うことによって形成される。このような条件でのエッチングは、スルーホール46が多結晶シリコンプラグ43に完全に位置整合している必要性を無くす。スルーホール46の位置が多結晶シリコンプラグ43の位置とずれていても、スルーホール46を形成するためのエッチングは、ビット線24の上面を被覆する窒化シリコン層26と、ビット線24の側面を被覆するサイドウオール28で止まり、又は、ゲート電極4の上面を被覆する窒化シリコン層9によって止まる。スルーホール46が形成された後、層間絶縁膜45の上面、並びにスルーホール46の底面及び側面を、コンフォーマルに被覆する多結晶シリコン膜が形成される。その多結晶シリコン膜のスルーホール46の外にある部分がフォトリソグラフィー技術とエッチバック技術によって除去され、スルーホール46の内面を被覆するキャパシタ下部電極44が形成される。
【0044】
多結晶シリコンプラグ43の上部に設けられた凹部は、プラグ43とキャパシタ下部電極44との間の接触面積を増大させる。接触面積の増大は、プラグ43とキャパシタ下部電極44との間の接触抵抗を減少させ、もってメモリセルキャパシタとメモリセルトランジスタとを接続するコンタクトの抵抗を有効に減少する。接触面積をなるべく大きくするために、キャパシタ下部電極44は、その凹部を埋め込むように形成されることが好ましい。
【0045】
キャパシタ下部電極44の形成の後、周知の工程によりキャパシタ絶縁膜及びキャパシタ上部電極(いずれも図示されない)が形成され、メモリセルキャパシタの形成が完了する。
【0046】
本実施の形態では、多結晶シリコンプラグ43の上部に凹部が設けられ、キャパシタ下部電極44と多結晶シリコンプラグ43とは、その凹部において接合される。これにより、メモリセルキャパシタとメモリセルトランジスタとを接続するコンタクトの抵抗が減少される。
【0047】
【発明の効果】
本発明により、周辺回路に到達するコンタクトが金属材料で形成され、メモリセルを構成するMOSトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトが多結晶シリコンで形成された半導体記憶装置を、より少ない製造工程で製造する技術が提供される。
また、本発明により、周辺回路に到達するコンタクトが金属材料で形成され、メモリセルを構成するMOSトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトが多結晶シリコンで形成された半導体記憶装置の、メモリセルを構成するMOSトランジスタのソース及びドレインに到達する2つのコンタクトを形成するためのフォトレジスト工程を容易化する技術が提供される。
また、本発明により、周辺回路に到達するコンタクトが金属材料で形成され、メモリセルを構成するMOSトランジスタのソース及びドレインに到達するコンタクトが多結晶シリコンで形成された半導体記憶装置の、メモリセルキャパシタとMOSトランジスタのソース/ドレインとを接続するストレージコンタクトの抵抗を小さくする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す平面図である。
【図2】図2は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図3】図3は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図4】図4は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図5】図5は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図6】図6は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図7】図7は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図8】図8は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図9】図9は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図10】図10は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図11】図11は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第1形態を示す断面図である。
【図12】図12は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第2形態を示す断面図である。
【図13】図13は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第2形態を示す断面図である。
【図14】図14は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第2形態を示す断面図である。
【図15】図15は、本発明による半導体記憶装置製造方法の実施の第2形態を示す断面図である。
【符号の説明】
1:半導体基板
2:素子分離
3、6:ゲート絶縁膜
4、7:ゲート電極
5、8:窒化シリコン層
9、10:サイドウオール
11、12、13:拡散層
14:層間絶縁膜
15:コンタクト孔
16:多結晶シリコン膜
17、18:コンタクト孔
19:バリアメタル膜
20:タングステン膜
21:多結晶シリコンプラグ
22、23:タングステンプラグ
22a、23a:バリアメタル部分
22b、23b:タングステン部分
24:ビット線
25:周辺回路配線
26、27:窒化シリコン層
28、29:サイドウオール
30:層間絶縁膜
31:コンタクト孔
32:多結晶シリコンプラグ
33:キャパシタ下部電極
34:層間絶縁膜
35:スルーホール
41:多結晶シリコン膜
42:絶縁膜
42a:残存部
43:多結晶シリコンプラグ
44:キャパシタ下部電極
45:層間絶縁膜
46:スルーホール
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor memory device including a memory cell including a capacitor and a MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistor and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
A DRAM (Dynamic Random Access Memory) and an FRAM (Ferroelectric Random Access Memory: ferroelectric memory) have a memory cell including a capacitance element and a MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistor, which is a typical semiconductor storage device. Such a semiconductor memory device includes a memory cell portion in which memory cells are arranged in a matrix, and a peripheral circuit portion in which a peripheral circuit for reading and writing data from the memory cells is arranged.
[0003]
Since a peripheral circuit is required to operate at high speed, a contact reaching a MOS transistor constituting the peripheral circuit may be formed of a metal material. Forming the contact with a metal material having a high conductivity reduces the resistance of the contact and effectively increases the operating speed of the peripheral circuit.
[0004]
On the other hand, in order to improve the reliability of the operation of the memory cell, it is preferable that the contact reaching the source and the drain of the memory cell transistor be formed of polycrystalline silicon. Forming the contacts that reach the source and drain of the memory cell transistor with a metal material increases the junction leakage of the source and drain. An increase in the junction leak undesirably lowers the reliability of the operation of the memory cell. In order to reduce the junction leakage, it is preferable that the contacts reaching the source and the drain of the memory cell transistor are formed of polycrystalline silicon.
[0005]
Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a semiconductor memory device in which a contact reaching a MOS transistor forming a peripheral circuit is formed of a metal material, and a contact reaching a source and a drain of a memory cell transistor is formed of polycrystalline silicon. are doing.
[0006]
In such a method for manufacturing a semiconductor memory device, it is desired that the number of manufacturing steps be reduced. The reduction in the number of manufacturing steps reduces the manufacturing cost of the semiconductor memory device and effectively improves the competitiveness of the semiconductor memory device.
[0007]
Further, in such a method of manufacturing a semiconductor memory device, it is desired that two contacts reaching the source and drain of the memory cell transistor can be reliably formed without short-circuit. Recent high integration of semiconductor memory devices requires a reduction in the interval between these two contacts. Reducing the spacing between the contacts tends to cause shorts between those contacts. For example, photolithographic failures cause shorts between contacts. It is desired that short-circuiting of the two contacts reaching the source and drain of the memory cell transistor be avoided.
[0008]
Further, in such a method of manufacturing a semiconductor memory device, it is desired that the contact (storage contact) connecting the memory cell capacitor and the source / drain of the memory cell transistor has low resistance. It is not preferable that the resistance of the storage contact is large, because the access speed of the semiconductor memory device is reduced.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-11-68062
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to manufacture a semiconductor memory device in which a contact reaching a peripheral circuit is formed of a metal material and a contact reaching a source and a drain of a MOS transistor forming a memory cell is formed of polycrystalline silicon. An object of the present invention is to provide a technology for manufacturing in a process.
Another object of the present invention is to provide a memory for a semiconductor memory device in which a contact reaching a peripheral circuit is formed of a metal material and a contact reaching a source and a drain of a MOS transistor forming a memory cell is formed of polycrystalline silicon. It is an object of the present invention to provide a technology for facilitating a photoresist process for forming two contacts reaching a source and a drain of a MOS transistor constituting a cell.
Still another object of the present invention is a semiconductor memory device in which a contact reaching a peripheral circuit is formed of a metal material, and a contact reaching a source and a drain of a MOS transistor constituting a memory cell is formed of polycrystalline silicon. It is an object of the present invention to provide a technique for reducing the resistance of a storage contact connecting a memory cell capacitor and a source / drain of a MOS transistor.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The means for solving the problem will be described below using the numbers and symbols used in [Embodiments of the Invention]. These numbers and symbols are added to clarify the correspondence between the description in [Claims] and the description in [Embodiment of the Invention]. However, the added numbers and symbols must not be used for interpreting the technical scope of the invention described in [Claims].
[0012]
In one aspect, a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes:
(A) First MIS transistors (3, 4, 11, 12) are formed in a memory cell array section (100) of a semiconductor substrate (1), and second MIS transistors (6, 7, 13) are formed in a peripheral circuit section (200). Forming,
(B) forming a first interlayer insulating film (14) covering the first MIS transistors (3, 4, 11, 12) and the second MIS transistors (6, 7, 13);
(C) forming a bit line contact hole (15) penetrating through the first interlayer insulating film (14) and reaching one source / drain (11) of the first MIS transistor (3, 4, 11, 12); The process of
(D) forming a first polycrystalline silicon film (16) so as to cover the first interlayer insulating film (14) and bury the bit line contact (15);
(E) Peripheral circuit contact holes (17, 18) penetrating through the first interlayer insulating film (14) and the first polycrystalline silicon film (16) and reaching the second MIS transistors (6, 7, 13). ), And
(F) forming a conductive film (19, 20) that covers the first polycrystalline silicon film (16), includes a metal film (20), and fills the peripheral circuit contact holes (17, 18); When,
(G) a portion of the first polycrystalline silicon film (16) outside the bit line contact (15) and a portion of the conductive film (19, 20) outside the peripheral circuit contact hole (18). Forming a first polycrystalline silicon plug (21) for filling the bit line contact hole (15) and a conductive plug (22, 23) for filling the peripheral circuit contact hole (17, 18). When,
(H) forming a bit line (24) connected to the first polycrystalline silicon plug (21);
(I) forming a wiring (25) connected to the conductive plugs (22, 23). The semiconductor memory device manufacturing method of simultaneously forming the first polycrystalline silicon plug (21) and the conductive plugs (22, 23) effectively reduces the number of manufacturing steps.
[0013]
In the semiconductor memory device manufacturing method, a portion of the first polycrystalline silicon film (16) outside the bit line contact (15) and the peripheral circuit contact hole (17, 20) of the conductive film (19, 20). The removal of the part outside of 18) (that is, the formation of the first polycrystalline silicon plug (21) and the conductive plug (23)) is typically performed by using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique. Done.
[0014]
The conductive films (19, 20) are interposed between the metal film (20) and the first polysilicon film (16), and the metal film (20) and the first polysilicon film ( It is preferable to further include a barrier metal film (19) for preventing a reaction with (16). When the metal film (20) is formed of tungsten, the barrier metal film (19) is preferably a laminated film including a titanium film and a titanium nitride film.
[0015]
The method for manufacturing a semiconductor storage device further includes:
(J) forming a second interlayer insulating film (30) covering the first interlayer insulating film (14), the bit line (24), and the wiring (25);
(K) another source / drain (12) penetrating through the first interlayer insulating film (14) and the second interlayer insulating film (30) and further comprising the MIS transistor (3, 4, 11, 12); Forming a second polycrystalline silicon plug (32) reaching
(L) forming a capacitive element (33, and a capacitor insulating film and a capacitor upper electrode, not shown) connected to the second polycrystalline silicon plug (32) and for holding data;
Is preferably provided. Such a method for manufacturing a semiconductor memory device makes it possible to form a storage contact with one polycrystalline silicon plug (32). Further, in the method for manufacturing a semiconductor memory device, the bit line contact hole (15) filled with the first polysilicon plug (21) and the contact hole (31) filled with the second polysilicon plug (32) are formed. Formed separately. This facilitates securing a photolithography margin for forming these contact holes (15, 31). Effectively reduces storage contact resistance.
[0016]
The second polycrystalline silicon plug (32) is formed so as to have a concave portion on an upper portion thereof, and one electrode (33) of the capacitive element is joined to the second polycrystalline silicon plug at the concave portion. Is preferred. Such a structure increases the contact area between the second polysilicon plug (32) and the one electrode (33), and effectively reduces the resistance of the storage contact.
[0017]
In another aspect, a semiconductor memory device according to the present invention includes a semiconductor substrate (1), and first MIS transistors (3, 4, 11, 12) formed in a memory cell array section (100) of the semiconductor substrate (1). A second MIS transistor (6, 7, 13) formed in a peripheral circuit portion (200) of the semiconductor substrate (1), the first MIS transistor (3, 4, 11, 12) and the second MIS transistor (6). , 7, 13), and a source / drain of the first MIS transistor (3, 4, 11, 12) penetrating through the first interlayer insulating film (14). A first polycrystalline silicon plug reaching the first polycrystalline silicon plug, a bit line connected to the first polycrystalline silicon plug, and the first interlayer insulating film; The conductive plugs (22, 23) reaching the second MIS transistors (6, 7, 13), and the conductive plugs (22, 23) include metal parts (22b, 23b) formed of metal. A wiring (25) connected to the plug (22, 23); a second interlayer insulating film (30) covering the first interlayer insulating film (14), the bit line (24) and the wiring (25); And penetrating through the first interlayer insulating film (14) and the second interlayer insulating film (30) and to another source / drain (12) of the first MIS transistor (3, 4, 11, 12). A second polycrystalline silicon plug (32) that reaches the device and a capacitive element (33, etc.) connected to the second polycrystalline silicon plug (32) for retaining data.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a semiconductor memory device manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0019]
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, and FIGS. 2 to 11 are sectional views showing a first embodiment of the method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention. It is. FIGS. 2 to 11 show the structure of the memory cell unit 100 and the structure of the peripheral circuit unit 200 in the AA ′ section, the BB ′ section, and the CC ′ section of FIG.
[0020]
As shown in FIG. 2, the manufacturing method starts with a step of forming a MOS transistor on the surface of the semiconductor substrate 1. More specifically, the element isolation 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by the STI technique. Subsequently, a thermal oxide film having a thickness of 10 nm, a polycrystalline silicon film having a thickness of 10 nm, a tungsten silicide film having a thickness of 10 nm, and a silicon nitride film having a thickness of 150 nm are sequentially formed. The silicon film, the tungsten silicide film, and the silicon nitride film are patterned. By this patterning, a gate insulating film 3, a gate electrode 4, and a silicon nitride layer 5 are formed in the memory cell portion 100, and a gate insulating film 6, a gate electrode 7, and a silicon nitride layer 8 are formed in the peripheral circuit portion 200. Is done. Since the gate electrode 4 provided in the memory cell portion 100 functions as a word line, it is sometimes referred to as a word line 4 below. Gate electrode 4 includes a polycrystalline silicon layer 4a and a tungsten silicide layer 4b, and gate electrode 7 includes a polycrystalline silicon layer 7a and a tungsten silicide layer 7b. The gate electrode 7 arranged in the peripheral circuit section 200 functions as a wiring on the element isolation 2 and functions as a gate of a MOS transistor on the active region. Subsequently, after a silicon nitride film is formed on the entire surface, the silicon nitride film is etched back. As a result of this etch-back, sidewalls 9 are formed on the side surfaces of the gate electrode 4 and the silicon nitride layer 5, and sidewalls 10 are formed on the side surfaces of the gate electrode 7 and the silicon nitride layer 8. Further, diffusion layers 11 and 12 are formed on the surface of the semiconductor substrate 1 in the memory cell section 100 and a diffusion layer 13 is formed in the peripheral circuit section 200 by the ion implantation technique. The diffusion layers 11 and 12 function as the source / drain of the memory cell transistor. As described later, the diffusion layer 11 is connected to a bit line, and the diffusion layer 12 is connected to a memory cell capacitor. The diffusion layer 13 of the peripheral circuit section 200 can be used as a source / drain of a MOS transistor of the peripheral circuit and other elements of the peripheral circuit.
[0021]
Subsequently, after a 800-nm-thick BPSG film is formed, the surface portion of the BPSG film is removed by about 300 nm by CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology, and a flat interlayer insulating film 14 is formed.
[0022]
Subsequently, as shown in FIG. 3, a contact hole 15 penetrating through the interlayer insulating film 14 and reaching the diffusion layer 11 is formed by photolithography and etching. The etching of the contact hole 15 is performed under conditions where the selectivity of silicon oxide to silicon nitride is sufficiently high. For example, CHF 3 An etching gas containing a gas and a CO gas is used. The contact hole 15 is self-aligned so as to pass between the gate electrodes 4 by being etched under the condition that the selectivity is sufficiently high (self-aligned).
[0023]
After the formation of the contact hole 10, a 200 nm-thick polycrystalline silicon film 11 is grown so as to cover the interlayer insulating film 14 and fill the contact hole 15 as shown in FIG.
[0024]
Subsequently, as shown in FIG. 5, a contact hole 17 that reaches the gate electrode 7 through the polycrystalline silicon film 16, the interlayer insulating film 14, and the silicon nitride layer 8 by photolithography and etching. Then, a contact hole 18 that reaches the diffusion layer 13 through the polycrystalline silicon film 11 and the interlayer insulating film 14 is formed in the peripheral circuit portion 200. The contact holes 17 and 18 are formed, for example, by C 4 F 8 The etching is performed by using an etching gas containing a gas and a CO gas.
[0025]
As shown in FIG. 6, a barrier metal film 19 having a thickness of 40 nm is formed so as to cover the upper surface of polycrystalline silicon film 16 and the side and bottom surfaces of contact holes 17 and 18. After the formation of the barrier metal film 19, a 200-nm-thick tungsten film 20 is formed so as to cover the barrier metal film 19 and fill the contact holes 17 and 18. The barrier metal film 19 prevents a reaction between the formed tungsten film 20 and the polycrystalline silicon film 16. As the barrier metal film 19, for example, a Ti film (not shown) covering the polycrystalline silicon film 16 and the contact holes 17, 18 and a TiN film (not shown) covering the Ti film can be used. In this case, the tungsten film 20 is formed on the TiN film.
[0026]
Subsequently, as shown in FIG. 7, unnecessary portions of the polycrystalline silicon film 16, the barrier metal film 19, and the tungsten film 20 (that is, portions outside the contact holes 15, 17, and 18) are formed. Removed by CMP. By this CMP process, a polycrystalline silicon plug 21 filling the contact hole 15 is formed in the memory cell portion 100, and tungsten plugs 22 and 23 filling the contact holes 17 and 18 are formed in the peripheral circuit portion 200, respectively. . The tungsten plug 22 includes a barrier metal portion 22a covering the inner surface of the contact hole 17 and a tungsten portion 22b formed thereon. The tungsten plug 23 forms a barrier metal portion 23a covering the inner surface of the contact hole 18. And a tungsten portion 23b formed thereon.
[0027]
Thus, the formation of the polycrystalline silicon plug 21 and the tungsten plugs 22 and 23 is performed by one CMP process. This is advantageous in that the number of manufacturing steps is reduced.
[0028]
Subsequently, as shown in FIG. 8, a bit line 24 is formed in the memory cell unit 100, and a peripheral circuit wiring 25 is formed in the peripheral circuit unit 200. Bit line 24 is formed on polycrystalline silicon plug 21, and peripheral circuit wiring 25 is formed on tungsten plugs 22 and 23.
[0029]
The formation of the bit line 24 and the peripheral circuit wiring 25 is performed in the following steps. After a barrier metal film, a tungsten film, and a silicon nitride film are sequentially formed, these films are patterned. By this patterning, the bit line 24 and the silicon nitride layer 26 covering the bit line 24 are formed in the memory cell portion 100, and the peripheral circuit wiring 25 and the silicon nitride layer 27 covering the peripheral circuit wiring 25 are formed in the peripheral circuit. Formed in the part 200. Each of the bit line 24 and the peripheral circuit wiring 25 is composed of a plug barrier metal layer and a tungsten layer (neither is shown) covering the barrier metal layer.
[0030]
Subsequently, after a silicon nitride film is formed on the entire surface, the silicon nitride film is etched back. By this etch back, a sidewall 28 covering the side surfaces of the bit line 24 and the silicon nitride layer 26 and a sidewall 29 covering the side surfaces of the peripheral circuit wiring 25 and the silicon nitride layer 27 are formed.
[0031]
Subsequently, as shown in FIG. 9, after an interlayer insulating film 30 covering the interlayer insulating film 14 is formed, the interlayer insulating film 30 reaches the diffusion layer 12 through the interlayer insulating film 30 and the interlayer insulating film 14. A contact hole 31 is formed. The formation of the interlayer insulating film 30 and the contact hole 31 is performed in the following steps. After a BPSG film having a thickness of 600 nm covering the interlayer insulating film 14, the bit lines 24, and the peripheral circuit wiring 25 is grown, the BPSG film is polished by CMP to a thickness of 300 nm, and the planarized interlayer insulating film 30 is formed. Is formed. After the formation of the interlayer insulating film 30, a contact hole 31 penetrating through the interlayer insulating film 30 and the interlayer insulating film 14 and reaching the diffusion layer 12 is formed by a photolithography technique and an etching technique. The etching of the contact holes 31 is performed under conditions where the selectivity of silicon oxide to silicon nitride is sufficiently high. For example, etching CHF 3 An etching gas containing a gas and a CO gas is used. Since the etching is performed under the condition that the selectivity is sufficiently high, the contact hole 31 is formed such that it passes between the bit lines 25 and between the gate electrodes 4 (word lines 4). Self-aligned.
[0032]
Subsequently, as shown in FIG. 10, after a polycrystalline silicon film is formed so as to fill the contact hole 31, a portion of the polycrystalline silicon film outside the contact hole 31 is formed by etch back or CMP. Is removed, and a polycrystalline silicon plug 32 is formed.
[0033]
It should be noted that, in the manufacturing method of the present embodiment, the formation of the plug 21 connected to the bit line 25 and the formation of the plug 32 connected to the memory cell capacitor are performed separately. Performing the formation of the plug 21 and the formation of the plug 32 separately facilitates the photolithography process for forming the contact hole 15 and the contact hole 31 suitably. In order to simultaneously form a contact connected to the bit line and a contact connected to the memory cell capacitor, it is necessary to form an opening for defining the position of the contact in the photoresist. Higher integration of semiconductor memory devices requires a reduction in the distance between these openings, and reduces the margin of the positions of the openings. However, when the distance between these openings is reduced, the margin of the positions of the openings is reduced, and it is difficult to form these openings correctly. Such a problem can be avoided by the manufacturing method according to the present embodiment in which the formation of the plug 21 connected to the bit line 25 and the formation of the plug 32 connected to the memory cell capacitor are performed separately.
[0034]
Further, it should be noted that in the manufacturing method of the present embodiment, a storage contact for connecting the capacitor lower electrode 33 to the diffusion layer 12 can be formed by one polycrystalline silicon plug 32. Many DRAM manufacturing methods require that a contact connecting a memory cell capacitor and a memory cell transistor be formed by a plurality of plugs. This creates an interfacial resistance between the plugs and increases the contact resistance. However, according to the manufacturing method of the present embodiment, the contact connecting capacitor lower electrode 33 to diffusion layer 12 can be formed by one polysilicon plug 32, and the contact connecting capacitor lower electrode 33 to diffusion layer 12 can be formed. Resistance can be effectively suppressed.
[0035]
After the formation of the polycrystalline silicon plug 32, a capacitor lower electrode 33 is formed so as to be connected to the plug 32, as shown in FIG. The formation of the capacitor lower electrode 33 is performed as follows. After an interlayer insulating film 34 having a thickness of 2 μm covering the interlayer insulating film 30 is formed, a through hole 35 penetrating through the interlayer insulating film 34 and reaching the polycrystalline silicon plug 32 is formed. Subsequently, after a polycrystalline silicon film is formed to cover the upper surface of the interlayer insulating film 34 and the side and bottom surfaces of the through hole 35 in a conformal manner, a portion of the polycrystalline silicon film outside the through hole 35 is subjected to photolithography. The capacitor lower electrode 33 that covers the side and bottom surfaces of the through-hole 35 is removed by the technique and the etch-back technique.
[0036]
After the formation of the capacitor lower electrode 33, a capacitor insulating film and a capacitor upper electrode (both not shown) are formed by a known process, and the formation of the memory cell capacitor is completed.
[0037]
As described above, in the first embodiment, the polycrystalline silicon plug 21 and the conductive plug 23 are formed at the same time, thereby effectively reducing the number of manufacturing steps.
[0038]
Further, in the present embodiment, the storage contact for connecting the capacitor lower electrode 33 to the diffusion layer 12 is formed of one polycrystalline silicon plug 32, and the resistance of the storage contact is effectively reduced.
[0039]
Further, in the present embodiment, the formation of the plug 21 connected to the bit line 25 and the formation of the plug 32 connected to the memory cell capacitor are performed separately, so that the contact hole 15 and the contact hole 31 are formed. Photolithography process is facilitated.
[0040]
(Second embodiment)
In the second embodiment, a method of forming a contact connecting a memory cell capacitor and a memory cell transistor is changed. After the contact hole 31 is formed by the same process as that of the first embodiment (see FIG. 9), the upper surface of the interlayer insulating film 30 and the inner surface of the contact hole 31 are covered as shown in FIG. A polycrystalline silicon film 41 having a thickness of 30 nm is formed. The polycrystalline silicon film 41 completely fills the space between the gate electrodes 4 in the contact hole 31, but does not fill the entire contact hole 31. The polycrystalline silicon film 41 is formed such that a space 41 a is provided above the contact hole 31.
[0041]
After the formation of the polycrystalline silicon film 41, as shown in FIG. 13, an insulating film 42 having a thickness of 50 nm and covering the polycrystalline silicon film 41 is formed of silicon oxide.
[0042]
Subsequently, as shown in FIG. 14, a portion of the polycrystalline silicon film 41 and the insulating film 42 outside the contact hole 31 is removed by CMP to form a polycrystalline silicon plug 43. By such a process, the polycrystalline silicon plug 43 is formed so as to have a concave portion on the upper portion. The inside of the concave portion is filled with the remaining portion 42a of the insulating film 42.
[0043]
After the formation of the polycrystalline silicon plug 43, the capacitor lower electrode 44 is formed so as to be connected to the polycrystalline silicon plug 43, as shown in FIG. The formation of the capacitor lower electrode 44 is performed in the following steps. First, the interlayer insulating film 30 and the polycrystalline silicon plug 43 are covered with a 2 μm thick interlayer insulating film 45 made of silicon oxide. After the formation of the interlayer insulating film 45, a through hole 46 that penetrates the interlayer insulating film 45 and reaches the polycrystalline silicon plug 43 is formed. When forming through hole 46, remaining portion 42a of insulating film 42 remaining in the recess of polycrystalline silicon plug 43 is removed. The through-hole 46 is formed by etching the interlayer insulating film 45 under conditions that silicon nitride is hardly etched and silicon oxide is easily etched. Etching under these conditions obviates the need for through hole 46 to be perfectly aligned with polycrystalline silicon plug 43. Even if the position of the through hole 46 is shifted from the position of the polycrystalline silicon plug 43, the etching for forming the through hole 46 is performed by etching the silicon nitride layer 26 covering the upper surface of the bit line 24 and the side surface of the bit line 24. It stops at the sidewall 28 to cover, or stops at the silicon nitride layer 9 covering the upper surface of the gate electrode 4. After the through holes 46 are formed, a polycrystalline silicon film is formed to conformally cover the upper surface of the interlayer insulating film 45 and the bottom and side surfaces of the through holes 46. The portion of the polycrystalline silicon film outside the through-hole 46 is removed by photolithography and etch-back techniques, and a capacitor lower electrode 44 covering the inner surface of the through-hole 46 is formed.
[0044]
The recess provided above polycrystalline silicon plug 43 increases the contact area between plug 43 and capacitor lower electrode 44. The increase in the contact area reduces the contact resistance between the plug 43 and the capacitor lower electrode 44, thereby effectively reducing the resistance of the contact connecting the memory cell capacitor and the memory cell transistor. In order to increase the contact area as much as possible, the capacitor lower electrode 44 is preferably formed so as to fill the recess.
[0045]
After the formation of the capacitor lower electrode 44, a capacitor insulating film and a capacitor upper electrode (both not shown) are formed by a known process, and the formation of the memory cell capacitor is completed.
[0046]
In the present embodiment, a concave portion is provided above polycrystalline silicon plug 43, and capacitor lower electrode 44 and polycrystalline silicon plug 43 are joined at the concave portion. Thereby, the resistance of the contact connecting the memory cell capacitor and the memory cell transistor is reduced.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, a semiconductor memory device in which a contact reaching a peripheral circuit is formed of a metal material and a contact reaching a source and a drain of a MOS transistor forming a memory cell is formed of polycrystalline silicon can be manufactured in fewer manufacturing steps. Manufacturing techniques are provided.
According to the present invention, a memory cell of a semiconductor memory device in which a contact reaching a peripheral circuit is formed of a metal material and a contact reaching a source and a drain of a MOS transistor forming the memory cell is formed of polycrystalline silicon, A technique for facilitating a photoresist process for forming two contacts reaching a source and a drain of a MOS transistor to be constituted is provided.
According to the present invention, a memory cell capacitor of a semiconductor memory device in which a contact reaching a peripheral circuit is formed of a metal material and a contact reaching a source and a drain of a MOS transistor forming a memory cell is formed of polysilicon. And a technique for reducing the resistance of a storage contact that connects the MOS transistor and the source / drain of the MOS transistor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a semiconductor memory device manufacturing method according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 11 is a sectional view showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing a second embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 13 is a sectional view showing a second embodiment of the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 14 is a sectional view showing a second embodiment of the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 15 is a sectional view showing a second embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Semiconductor substrate
2: element separation
3, 6: gate insulating film
4, 7: gate electrode
5, 8: silicon nitride layer
9, 10: Side wall
11, 12, 13: diffusion layer
14: interlayer insulating film
15: Contact hole
16: Polycrystalline silicon film
17, 18: Contact hole
19: Barrier metal film
20: Tungsten film
21: Polycrystalline silicon plug
22, 23: Tungsten plug
22a, 23a: barrier metal part
22b, 23b: tungsten part
24: bit line
25: Peripheral circuit wiring
26, 27: silicon nitride layer
28, 29: Sidewall
30: interlayer insulating film
31: Contact hole
32: Polycrystalline silicon plug
33: Capacitor lower electrode
34: interlayer insulating film
35: Through hole
41: Polycrystalline silicon film
42: Insulating film
42a: remaining portion
43: Polycrystalline silicon plug
44: Capacitor lower electrode
45: interlayer insulating film
46: Through hole

Claims (6)

(a)半導体基板のメモリセルアレイ部に第1MISトランジスタを形成し、周辺回路部に第2MISトランジスタを形成する工程と、
(b)前記第1MISトランジスタと前記第2MISトランジスタとを被覆する第1層間絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記第1層間絶縁膜を貫通し、前記第1MISトランジスタの一のソース/ドレインに到達するビット線コンタクト孔を形成する工程と、
(d)前記第1層間絶縁膜を被覆し、且つ、前記ビット線コンタクトを埋め込むように、第1多結晶シリコン膜を形成する工程と、
(e)前記第1層間絶縁膜と前記第1多結晶シリコン膜とを貫通し、前記第2MISトランジスタに到達する周辺回路コンタクト孔を形成する工程と、
(f)前記第1多結晶シリコン膜を被覆し、金属膜を含み、且つ、前記周辺回路コンタクト孔を埋め込む導電膜を形成する工程と、
(g)前記第1多結晶シリコン膜の前記ビット線コンタクト孔の外にある部分と、前記導電膜の前記周辺回路コンタクト孔の外にある部分とを除去して、前記ビット線コンタクトを埋め込む第1多結晶シリコンプラグと前記周辺回路コンタクト孔を埋め込む導電プラグとを形成する工程と、
(h)前記第1多結晶シリコンプラグに接続するビット線を形成する工程と、
(i)前記導電プラグに接続する配線を形成する工程
とを備えた
半導体記憶装置製造方法。
(A) forming a first MIS transistor in a memory cell array portion of a semiconductor substrate and forming a second MIS transistor in a peripheral circuit portion;
(B) forming a first interlayer insulating film covering the first MIS transistor and the second MIS transistor;
(C) forming a bit line contact hole penetrating the first interlayer insulating film and reaching one source / drain of the first MIS transistor;
(D) forming a first polycrystalline silicon film so as to cover the first interlayer insulating film and bury the bit line contact;
(E) forming a peripheral circuit contact hole penetrating through the first interlayer insulating film and the first polycrystalline silicon film and reaching the second MIS transistor;
(F) forming a conductive film that covers the first polycrystalline silicon film, includes a metal film, and fills the peripheral circuit contact hole;
(G) removing a portion of the first polycrystalline silicon film outside the bit line contact hole and a portion of the conductive film outside the peripheral circuit contact hole to bury the bit line contact; (1) forming a polycrystalline silicon plug and a conductive plug filling the peripheral circuit contact hole;
(H) forming a bit line connected to the first polycrystalline silicon plug;
(I) forming a wiring connected to the conductive plug.
請求項1に記載の半導体記憶装置製造方法において、
前記導電膜は、前記金属膜と前記第1多結晶シリコン膜との間に介設され、前記金属膜と前記第1多結晶シリコン膜との反応を防ぐバリアメタル膜を更に含む
半導体記憶装置製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein the conductive film further includes a barrier metal film interposed between the metal film and the first polysilicon film to prevent a reaction between the metal film and the first polysilicon film. Method.
請求項1に記載の半導体記憶装置製造方法において、
更に、
(j)前記第1層間絶縁膜と前記ビット線と前記配線とを被覆する第2層間絶縁膜を形成する工程と、
(k)前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜とを貫通し、且つ、前記第1MISトランジスタの他のソース/ドレインに到達する第2多結晶シリコンプラグを形成する工程と、
(l)前記第2多結晶シリコンプラグに接続され、データを保持するための容量素子を形成する工程
とを備えた
半導体記憶装置製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1,
Furthermore,
(J) forming a second interlayer insulating film covering the first interlayer insulating film, the bit line, and the wiring;
(K) forming a second polysilicon plug penetrating through the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film and reaching another source / drain of the first MIS transistor;
(L) forming a capacitive element connected to the second polycrystalline silicon plug for holding data.
請求項3に記載の半導体記憶装置製造方法において、
前記第2多結晶シリコンプラグは、その上部に凹部を有するように形成され、
前記容量素子の一の電極は、前記凹部で前記第2多結晶シリコンプラグに接合された
半導体記憶装置製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 3,
The second polycrystalline silicon plug is formed to have a concave portion on an upper portion thereof,
A method for manufacturing a semiconductor memory device, wherein one electrode of the capacitive element is joined to the second polycrystalline silicon plug at the recess.
半導体基板と、
前記半導体基板のメモリセルアレイ部に形成された第1MISトランジスタと、
前記半導体基板の周辺回路部に形成された第2MISトランジスタと、
前記第1MISトランジスタ及び前記第1MISトランジスタを被覆する第1層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜を貫通し、前記第1MISトランジスタの一のソース/ドレインに到達する第1多結晶シリコンプラグと、
前記第1多結晶シリコンプラグに接続されたビット線と、
前記第1層間絶縁膜を貫通し、前記第2MISトランジスタに到達する導電プラグと、前記導電プラグは、金属で形成された金属部を含み、
前記導電プラグに接続する配線と、
前記第1層間絶縁膜と前記ビット線と前記配線とを被覆する第2層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜と前記第2層間絶縁膜とを貫通し、且つ、前記第1MISトランジスタの他のソース/ドレインに到達する第2多結晶シリコンプラグと、
前記第2多結晶シリコンプラグに接続され、データを保持するための容量素子とを備えた
半導体記憶装置。
A semiconductor substrate;
A first MIS transistor formed in a memory cell array portion of the semiconductor substrate;
A second MIS transistor formed in a peripheral circuit portion of the semiconductor substrate;
A first interlayer insulating film covering the first MIS transistor and the first MIS transistor;
A first polysilicon plug penetrating the first interlayer insulating film and reaching one source / drain of the first MIS transistor;
A bit line connected to the first polycrystalline silicon plug;
A conductive plug that penetrates through the first interlayer insulating film and reaches the second MIS transistor; and the conductive plug includes a metal part formed of metal.
Wiring connected to the conductive plug,
A second interlayer insulating film covering the first interlayer insulating film, the bit line, and the wiring;
A second polysilicon plug penetrating the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film and reaching another source / drain of the first MIS transistor;
A semiconductor memory device comprising: a capacitor connected to the second polycrystalline silicon plug for holding data.
請求項5に記載の半導体装置において、
前記第2多結晶シリコンプラグは、その上部に凹部を有し、
前記容量素子の一の電極は、前記凹部で前記第2多結晶シリコンプラグに接合された
半導体記憶装置。
The semiconductor device according to claim 5,
The second polycrystalline silicon plug has a concave portion on an upper part thereof,
The semiconductor memory device, wherein one electrode of the capacitive element is joined to the second polycrystalline silicon plug at the concave portion.
JP2003125048A 2003-04-30 2003-04-30 Semiconductor storage device and method of manufacturing the same Withdrawn JP2004335522A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003125048A JP2004335522A (en) 2003-04-30 2003-04-30 Semiconductor storage device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003125048A JP2004335522A (en) 2003-04-30 2003-04-30 Semiconductor storage device and method of manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004335522A true JP2004335522A (en) 2004-11-25

Family

ID=33502428

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003125048A Withdrawn JP2004335522A (en) 2003-04-30 2003-04-30 Semiconductor storage device and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004335522A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100739925B1 (en) 2005-04-18 2007-07-16 주식회사 하이닉스반도체 Non- volatile memory device having means of protecting damage from plasma charge
JP2008091869A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Hynix Semiconductor Inc Method of forming contact of flash memory device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100739925B1 (en) 2005-04-18 2007-07-16 주식회사 하이닉스반도체 Non- volatile memory device having means of protecting damage from plasma charge
US7388240B2 (en) 2005-04-18 2008-06-17 Hynix Semiconductor Inc. Non-volatile memory device capable of preventing damage by plasma charge
JP2008091869A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Hynix Semiconductor Inc Method of forming contact of flash memory device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6815752B2 (en) Semiconductor memory device for increasing access speed thereof
JP3577197B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US7749834B2 (en) Method of fabricating semiconductor devices having buried contact plugs
JP4651169B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US8247304B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device having capacitor under bit line structure
JP2006261708A (en) Semiconductor memory device having self-aligning contact and its manufacturing method
US7547938B2 (en) Semiconductor devices having elongated contact plugs
KR20070070021A (en) A semiconductor device and method for making the same
JP4964407B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004274051A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20060138561A1 (en) Semiconductor device having raised cell landing pad and method of fabricating the same
US7732323B2 (en) Methods of manufacturing semiconductor devices having contact plugs in insulation layers
US20090001437A1 (en) Integrated Circuit Devices Including Recessed Conductive Layers and Related Methods
JP2004349462A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2000340772A (en) Manufacture of capacitor for integrated circuit element using cmp-blocking film
JP2011049250A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR100273987B1 (en) Dynamic random access memory device and manufacturing method thereof
JP2917912B2 (en) Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
US20050121755A1 (en) Methods of fabricating integrated circuit conductive contact structures including grooves
TWI414058B (en) Buried word line and fabrication method thereof
JP2004335522A (en) Semiconductor storage device and method of manufacturing the same
JP2004088105A (en) Bit line of semiconductor device provided with stud form capping layer and its forming method
JP3382005B2 (en) Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
JP3204215B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US6853026B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060704